【原】刘又年&邓留&郭少军JACS：氮中心的乳酸氧化纳米酶用于肿瘤乳酸调节和微环境重塑!

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研究内容

设计与天然酶相匹配的纳米酶一直是一个有吸引力和挑战性的目标。纳米酶的活性一般可通过控制金属中心和纳米酶非金属配体来调节其活性。然而，这不适用于乳酸氧化酶，即具有黄素单核苷酸（FMN）依赖性途径的黄素酶。

中南大学刘又年教授、邓留教授和北京大学郭少军教授提出了一种模拟乳酸氧化酶的配位策略，基于通过调节Co_x-N纳米复合材料中N附近的Co的数量来调节N中心的电子性质。得益于富电子N位点周围的配位场和电子结构，Co₄N/C对乳酸盐和中间体组织具有精确的识别位点，并优化中间体的吸收能，导致乳酸盐α-C-sp（3）-H键向酮的氧化。优化的纳米酶通过逆转肿瘤微环境的高乳酸和免疫抑制状态，从而大大提高了抗癌效果，随后实现了优异的肿瘤生长和远处转移抑制。相关工作以“Nitrogen-Centered Lactate Oxidase Nanozyme for Tumor Lactate Modulation and Microenvironment Remodeling”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。

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研究要点

要点1. 作者设计了一种基于LOX模拟物的Co₄N/C纳米酶（Co₄N/C NEs），通过调节N与不同数量金属（M₂-N、M₃-N和M₄-N）的配位壳层来操纵配位场和电子结构，实现乳酸催化氧化为丙酮酸盐。

要点2. 实验和理论计算表明，M_x-N位点的N主导了催化过程，N位电子密度的提高可以促进乳酸盐在室温下的C-H键断裂，促进从乳酸盐中提取α-C-H质子和α-C-OH质子，并有利于H原子从Co₄N/C中O₂提取到H₂O₂中。

要点3. 体外和体内实验表明，Co₄N/C NEs可以逆转高乳酸肿瘤微环境（TME）并激活其免疫抑制状态。显著增强的抗肿瘤免疫力被用来防御皮下肿瘤和转移性淋巴肿瘤。

开发的Co₄N/C纳米颗粒为在化学催化和生物催化之间架起桥梁打开了一扇新的窗口。这种设计纳米酶的策略有助于理解纳米酶的进化，并启发下一代人工酶的构建。

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研究图文

图1. 模拟酶的方法和表征。

图2. Co₄N/C NEs的LOX模拟活性。

图3. DFT计算和LOX模拟催化机理。

图4. 体外Co₄N/C NEs纳米颗粒的类酶活性。

图5. 体内免疫激活和转录组分析。

图6. 淋巴结免疫反应和淋巴肿瘤治疗。

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文献详情

Nitrogen-Centered Lactate Oxidase Nanozyme for Tumor Lactate Modulation and Microenvironment Remodeling

Senfeng Zhao, Huihuang Li, Renyu Liu, Na Tao, Liu Deng,* Qianqian Xu, Jianing Hou, Jianping Sheng, Jia Zheng, Liqiang Wang, Wansong Chen, Shaojun Guo,* You-Nian Liu*

J. Am. Chem. Soc.

DOI: 10.1021/jacs.3c02005